新型螺旋式高速公路設計理念創新探討

龔國鑫，霍三勝，霍冰凌

（1.江山生態環境建設有限公司，河北 石家莊 050060；2.中港建設集團新晉高速公路項目部，河南 輝縣 453600）

1 螺旋式路線特征概述

項目區域位于華北平原西部邊緣和太行山山嶺地帶，沿線地形起伏巨大。地勢北高南低，西高東低。路線自南向北跨越3 個地貌單元：起點的前段25 km地勢平坦開闊，屬平原微丘地形；中段15 km 為重丘及山間盆地，地形起伏變化相對較大；后段30 km為太行山主脈的中南段，峰巒疊嶂，懸崖陡壁，溝壑縱橫，海拔高度從 500 m 到 1 730 m，絕對高差1 230 m，為典型的深山區地形，大起伏高山地貌，沿線形成多處高差上百米的中山深谷。峽谷地表為堅硬的石英砂巖及石灰巖，受構造斷裂破壞，形成許多直立的峭壁（90°)和懸崖（大于90°)地貌。圍繞路線3 km 范圍，有河南萬仙山郭亮、回龍和山西昆山、錫崖溝4 條掛壁公路。

項目建成后，當地群眾外出將徹底告別在懸崖下穿行現狀，避開滾石路段、山路結冰等交通風險，通往河南、京珠高速，山東日照地區的通行時間大大縮短。

圖1 山區段螺旋線路線圖

2 螺旋式路線存在的問題與解決對策

2.1 問題的提出

本項目路線長69.753 km，環繞轎頂山螺旋攀升，旋轉近3 個圓圈（旋轉角1 010°左右），隧道穿越山梁，橋梁跨越峽谷，橋隧相連螺旋展線，形成以橋隧為主3 層疊加螺旋式高速公路特殊線形。隧道、橋梁、收費站、服務區占90%。尤其是特殊地段路線彎急坡陡，連續坡道長，隧隧相摞、橋隧相交、3 層疊加、螺旋立交，山上山下溫差大，溝壑（露頭）多，大多時間山上下雪山下雨，山上陽光明媚，溝壑吞云駕霧，變化無常。橋長墩高易結冰，行車安全隱患多；路線地處南太行，景點多，低碳環保難度大，科技含量要求高；如何應對挑戰，尋找解決辦法和對策，是廣大建設者的主要任務和重大課題。

2.2 優化與對策

2.2.1 因勢利導提升安全保障水平——建設生命高速通道

該項目山區路段橋隧多，連續下坡，急彎陡坡回頭彎，山上山下氣溫懸殊，運營安全保障難度大。如何確保安全，防止雨雪路滑和團霧彌漫等特殊氣候對行車安全的影響，增設救援通道，解決隧道消防，逃生、應急救援及景區森林防火等問題需深入探討，提出建議，采取對策。

a）防雨、雪、霧惡劣天氣建議方案 采用棚洞等技術措施將橋隧相連路段封閉連接起來，按照“地鐵”的原理使其免受雨、雪、霧等氣候影響，避免路面積水結冰，杜絕因結冰路滑、團霧影響視線而引發交通事故。同時，隧道與明道連接起來，還可形成長達25 km 的世界高速公路第一特長“隧道”，增加景觀效果，提升路段運營效益。

b）采取新技術新材料保障安全出行。

地表植被覆蓋度小于15%時，光譜特征與裸地近似，基于植被指數的干旱監測難以實現，就需要對土壤的光譜特征進行研究。一般情況下，不同土壤類型光譜特征區別不大[15]。當土壤含水量發生變化時，土壤的反射率變化明顯，具體表現為：土壤含水量增加，會使表層反射率曲線平移下降，并有兩個明顯的吸收谷，分別為1 450，1 900 nm，符合水的波譜曲線特征；但當土壤水分超過最大毛管持水量時，土壤的反射率不再降低，當土壤水分處于飽和狀態，土壤表層反射率（平面）近似于水體鏡面反射[16]（圖3）。

（a）采用不同的發光亮度、顏色、閃頻等交通安全設施組合，實施針對性的誘導策略，為駕駛員提供道路輪廓強化、行車主動誘導、防止追尾警示，保障霧區安全行車的保障措施。

（b）通過安裝于路側的紅外熱像傳感器，實現連續下坡路段貨車制動器溫度的不停車實時監測，并通過車牌識別系統進行實時反饋，實現連續下坡路段貨車制動安全提前預警，同時增加避險車道密度，避免事故發生。

（c）利用路面抗冰雪新材料，在山區橋梁路基外露路段推廣使用，減少因路面下雪結冰引起的交通事故。

c）隧道內行車安全保障措施。

（a）隧道內安裝安全車距智能警示系統，自動探測前后相鄰車距，運用安全車距計算模型，判斷潛在的追尾風險，并通過可變信息情報板，將距離過近的后車的車牌號予以發布，提示后車駕駛員注意保持安全車距。

（b）推廣應用光色雙元控制的隧道照明安全與節能系統，充分發揮LED 光源強、可調色的性能，契合駕駛員人眼視覺感知的優勢，在保證安全的前提下降低高速公路運營成本，提升隧道密集條件下高速公路的安全性和運營效率。

d）設置隧道消防逃生應急救援通道。對于超過1 500 m 的隧道，增設水平橫向通風道，即施工期間在橫嶺、韓口、蒿坪、柳園、南馬鞍和王莽嶺等多處特長、長隧道內增設橫向通風道，對于增設橫向通風道困難的韓口特長隧道、蒿坪隧道則可在洞內設避險車道，通過橫向通道增強通風、消防和逃生救援效能，洞外與既有施工便道、縣鄉道路連接，形成逃生救援道路網，構建安全防線。

2.2.2 應用智慧交通技術——建設智慧高速公路

利用地理環境特殊優勢，全面應用新技術，提升建設管理水平和信息服務品質，提升智慧高速公路元素。

采取措施與對策：a）智慧效能提升。依托建設期形成的BIM 數據庫，有效提升在養護、運營、監測、應急、管理等方面的管理水平。開發手持移動終端的智能養護管理系統，實現高速公路及沿線設施破損情況的及時發現上報、快速跟蹤維護、動態督查督辦和全程監督評價，建立完善BIM的建管養運服協同工作平臺。b）智能化管控系統。針對高速公路交通管理與服務總體需求，以“可控、可服務”為目標，應用高速公路多要素預警、建設一體化決策支持平臺。完善機電設施，實現全線監控、自動監測報警系統，建設高速公路智能管控系統。

2.2.3 優化設計方案，不拘一格保護生態，建設綠色長廊

路線位于南太行萬仙山、八里溝、關山地質公園和王莽嶺云頂景區，必須做好生態保護，實現保護生態旅游、節能環保綠色通道的建設目標。

應用對策：a）節能減排新技術應用。采用太陽能、風能、地能（地源熱泵）等可再生能源利用技術，LED 節能燈具，隧道智能節能通風照明技術，房建綠色節能技術等，大幅度降低公路建設能耗。b）生態環保新材料應用。一是將橋梁優化為路基，利用隧道棄渣填筑路基，減少廢棄物對植被的破壞。二是邊坡防護選用新材料，變漿砌硬防護為木質或掛網軟防護，增加綠化面積。c）打造景觀工程。打造以南太行優美自然環境為背景的生態景觀和文化景觀大道，優化和完善主線、立交綠化景觀設計。邊坡綠化，實行臺階化；橋梁景觀實行護欄盆景綠化；隧道、服務區實行綠化、照明景觀工程，將高速公路作為景觀主體來打造，建設綠色長廊。

2.2.4 打造智慧服務區+旅游，拓展高速公路綜合服務性能

結合新晉高速環境特點，利用地勢布設觀景臺、露營地、停車場等設施，方便游客休閑逗留，欣賞體驗南太行壯觀自然景觀，使廣大旅客充分感受太行山的自然風光，實現車在路上行、人在景中游的和諧畫面。

應用與對策：建設半開放式服務區，因地制宜在服務區增設休憩娛樂、物流、票務、旅游信息和地方特色產品售賣等服務功能，擴大凈空,設置異向區劃停車場區，設置加氣站和新能源汽車充電等設施。與地方旅游資源結合，聯合設置停車、購票和下道引導，使服務區具有交通、生態、旅游、消費復合功能，成為地方旅游文化綜合服務場所。建立智慧型服務區綜合信息服務平臺，將高速公路服務區的經營服務、管理功能及設施進行有效整合，實施“互聯網+服務+管理+…”，為社會公眾提供交通出行、酒店預訂、旅游度假等全方位的綜合交通旅游服務。提升服務區的信息服務向金融支付、網絡服務、ETC 等充值服務方面延伸，促進交通旅游服務大數據應用，將新晉高速真正建成南太行旅游發展的大動脈。

3 實施意義及效益

新晉高速項目充分利用公路工程領域新技術、新裝備，創新設計，全面挖潛增效，打造品質工程，建設全壽命周期高速公路，體現實施意義，提升項目效益。

一是創新旅游產業開發，打開旅游高速公路增值空間。通過“交通旅游目的地”建設，吸引更多的交通流量，實現通行費收入增加。二是突出安全保底工程，降低運營成本風險。主動強化安全防護系統的應用，最大限度減少運營管理過程中的交通事故，縮減運營成本。

4 結語

堅持“因地制宜、因勢利導、開放包容、創新融合”的設計和建設理念，以實現高速公路智慧綠色效能提升為目標，以方便公眾出行、提高運輸效率、確保交通安全、加強環境保護為切入點，突出“建管養運服”并重理念，拓展高速公路旅游服務新功能，將該項目打造成為全國首例以高速公路為主題的“交通旅游目的地”和“智慧公路科技館”，爭創建筑品牌，打造一流品質工程。